煙葉分揀機(jī)安全防護(hù)改善

甘 華，黃毅濤*，沈宇浩

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧）

引言

近年來(lái)，隨著企業(yè)對(duì)設(shè)備安全要求的不斷提高，如何有效保護(hù)操作人員的人身安全，是每個(gè)企業(yè)都需要面對(duì)的問(wèn)題，遵循安全第一始終是企業(yè)的宗旨，提升設(shè)備的安全防護(hù)是必不可少的。煙葉分揀機(jī)具有煙葉攤薄、水平加速輸送、煙葉和雜物識(shí)別、雜物剔除、允收物輸送等功能，是用于煙葉內(nèi)雜物分揀的專用設(shè)備。但是煙葉分揀機(jī)由于設(shè)計(jì)初期對(duì)安全防護(hù)考慮不完善，出現(xiàn)保養(yǎng)檢修倉(cāng)門打開(kāi)無(wú)法停機(jī)的情況。通過(guò)對(duì)光學(xué)箱倉(cāng)門和保養(yǎng)檢修倉(cāng)門加裝打開(kāi)檢測(cè)信號(hào)，以及完善分揀機(jī)PLC 安全控制邏輯，實(shí)現(xiàn)煙葉分揀機(jī)安全防護(hù)改善。此文為一個(gè)煙葉分揀機(jī)安全防護(hù)改善簡(jiǎn)介，實(shí)現(xiàn)了對(duì)分揀機(jī)機(jī)操作人員人身的有效保護(hù)，以及降低因檢修倉(cāng)門打開(kāi)對(duì)操作人員的損傷。

1 煙葉分揀機(jī)概況

1.1 煙葉分揀機(jī)簡(jiǎn)介

在煙葉的生產(chǎn)過(guò)程中，除去雜質(zhì)一直是一項(xiàng)耗時(shí)且繁瑣的任務(wù)。隨著科技的不斷進(jìn)步，煙葉分揀機(jī)已經(jīng)成為一種革命性的工具，用于改善煙草生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。光學(xué)識(shí)別檢測(cè)在煙草生產(chǎn)中用于檢測(cè)煙葉中的雜物[1]。這些系統(tǒng)結(jié)合了光學(xué)技術(shù)和圖像處理算法，可以高速而準(zhǔn)確地檢測(cè)并排除雜質(zhì)，從而提高煙草產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。

分揀光學(xué)識(shí)別的核心原理是利用光學(xué)射線的特性來(lái)探測(cè)和分類物體[3]。在煙葉分揀機(jī)中，將光學(xué)射線投射到經(jīng)過(guò)傳送帶的煙葉上，然后通過(guò)反射和散射來(lái)檢測(cè)葉片表面的特定特征。這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵之處在于其高精度和高速度的識(shí)別能力，使其成為煙葉處理過(guò)程中的理想選擇[4]。

1.2 煙葉分揀機(jī)結(jié)構(gòu)

煙葉分揀機(jī)有兩個(gè)部分，分別為煙葉輸送部分和光學(xué)分揀部分。煙葉輸送部分由一個(gè)輸送振槽、三條高速皮帶、一條雜物輸送皮帶、一條合格煙葉輸送皮帶組成。光學(xué)分揀部分由兩個(gè)光學(xué)箱、剔除氣槍、冷卻水供應(yīng)裝置和空壓氣吹掃系統(tǒng)組成。光學(xué)箱倉(cāng)門位于光學(xué)箱通道側(cè)面，見(jiàn)圖1。保養(yǎng)維修倉(cāng)門位于光學(xué)箱掃描區(qū)上方。

圖1 光學(xué)箱倉(cāng)門示意

1.3 煙葉分揀機(jī)工作原理

1.3.1 煙葉輸送部分工作原理 煙葉輸送部分的工作原理是，由輸送振槽將前端輸送來(lái)的煙葉進(jìn)行攤薄，攤薄后的煙葉進(jìn)入高速皮帶進(jìn)行加速，三條高速皮帶對(duì)煙葉兩次加速后，使煙葉高速通過(guò)光學(xué)分揀部分的掃描區(qū)，通過(guò)掃描區(qū)后的煙葉以平拋運(yùn)動(dòng)的方式落入合格煙葉輸送皮帶，并輸送到下一工序，如果被掃描區(qū)判定為雜物，則雜物被剔除氣槍內(nèi)的空壓氣噴吹，改變運(yùn)動(dòng)方向，落入雜物輸送皮帶，將其輸送到雜物回收箱中。

1.3.2 光學(xué)分揀部分工作原理 光學(xué)分揀部分的工作原理是，兩個(gè)光學(xué)箱從箱內(nèi)發(fā)出光學(xué)射線，并將光學(xué)射線投射到掃描區(qū)，光學(xué)箱通過(guò)識(shí)別反饋回來(lái)的光學(xué)來(lái)辨別掃描誤物的性質(zhì)，煙葉等物料經(jīng)過(guò)掃描區(qū)，如果被判定為雜物，光學(xué)箱則啟動(dòng)剔除氣槍剔除雜物。冷卻水供應(yīng)裝置為兩個(gè)光學(xué)箱提供冷卻水?？諌簹獯祾呦到y(tǒng)為兩個(gè)光學(xué)箱的光學(xué)通道空壓氣吹掃，保證光學(xué)通道無(wú)粉塵堆積。光學(xué)箱反饋?zhàn)R別原理見(jiàn)圖2。

圖2 學(xué)箱反饋?zhàn)R別原理

煙葉分揀機(jī)識(shí)別和分類各種類型的煙葉和雜質(zhì)需要建立煙葉模型，建立煙葉模型收集大量的煙葉樣本數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)可能包括高分辨率的煙葉圖像，每個(gè)圖像都應(yīng)該包含單獨(dú)的煙葉和可能的雜質(zhì)。建立煙葉模型的過(guò)程均在DSP 工控機(jī)上完成。在DSP 工控機(jī)上煙葉建模見(jiàn)圖3。

圖3 煙葉建模

1.4 煙葉分揀機(jī)操作流程

1.4.1 開(kāi)機(jī)、系統(tǒng)初始化 每次操作前，確認(rèn)分揀機(jī)的光學(xué)箱倉(cāng)門和保養(yǎng)檢修倉(cāng)門關(guān)閉，必須將冷卻水供應(yīng)裝置的開(kāi)關(guān)合上，保證冷卻水一直處于供應(yīng)狀態(tài)。光學(xué)箱啟動(dòng)指示燈常亮后表明啟動(dòng)完成，將控制屏上的本地/遠(yuǎn)程鑰匙開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)至遠(yuǎn)程狀態(tài)，光學(xué)箱進(jìn)入等待狀態(tài)。

1.4.2 光學(xué)箱狀態(tài)確認(rèn) 光學(xué)箱進(jìn)入等待狀態(tài)后，打開(kāi)操作屏狀態(tài)顯示界面，進(jìn)入反饋信號(hào)采集圖，此時(shí)未有物料通過(guò)掃描區(qū)，從而反饋信號(hào)采集圖應(yīng)采集到的信號(hào)應(yīng)在優(yōu)良品區(qū)，如果反饋信號(hào)采集點(diǎn)有在不良品區(qū)，表明在此狀態(tài)下掃描區(qū)內(nèi)有異物，需要清理掃描區(qū)內(nèi)的異物，直至采集信號(hào)全部在優(yōu)良品區(qū)內(nèi)。

1.4.3 線啟動(dòng)操作流程 在控制柜上的操作面板將設(shè)備裝置設(shè)置為遠(yuǎn)程自動(dòng)狀態(tài)，確保煙葉分揀機(jī)能夠接收到線控設(shè)備的啟動(dòng)信號(hào)。煙葉分揀裝置接到線控啟動(dòng)信號(hào)后，切換到牌號(hào)信息界面，確認(rèn)線控下發(fā)的牌號(hào)信息與實(shí)際生產(chǎn)牌號(hào)信息一致。檢查運(yùn)行指示燈是否亮起。以上狀態(tài)檢查無(wú)異常后，可確認(rèn)煙葉分揀機(jī)啟動(dòng)正常。

1.5 煙葉分揀機(jī)存在問(wèn)題

目前制絲線的煙葉分揀機(jī)上光學(xué)箱倉(cāng)門和保養(yǎng)檢修倉(cāng)門在打開(kāi)狀態(tài)下，煙葉除雜機(jī)的輸送皮帶仍然能夠運(yùn)轉(zhuǎn)，并且無(wú)報(bào)警提示，當(dāng)保養(yǎng)人員現(xiàn)意外墜落情況，設(shè)備仍在運(yùn)轉(zhuǎn)，從而對(duì)操作人員的人身安全有一定的安全隱患，如果生產(chǎn)過(guò)程中倉(cāng)門打開(kāi)，也會(huì)給產(chǎn)品質(zhì)量帶來(lái)一定的隱患。保養(yǎng)檢修倉(cāng)門在設(shè)備上的位置見(jiàn)圖4。

圖4 保養(yǎng)檢修倉(cāng)門位置

當(dāng)煙葉分揀機(jī)工作時(shí)，光學(xué)箱倉(cāng)門和保養(yǎng)檢修倉(cāng)門打開(kāi)，有可能因?yàn)槠渌矬w落入光學(xué)箱通道內(nèi)，導(dǎo)致光學(xué)箱通道堵塞，從而煙葉分揀機(jī)不斷啟動(dòng)剔除氣槍，使大量煙葉被誤剔至雜物輸送皮帶，容易造成雜物輸送皮帶堵塞的安全隱患，也對(duì)設(shè)備形成一定的損傷。

2 煙葉分揀機(jī)改善方案

2.1 選擇倉(cāng)門檢測(cè)

（1） 采用行程開(kāi)關(guān)，具有精確控制電路的通斷時(shí)間，并且包含閉合、斷開(kāi)兩種信號(hào)狀態(tài)，操作簡(jiǎn)單，安裝方便。（2） 采用光電開(kāi)關(guān)，具有檢測(cè)距離長(zhǎng)，受檢測(cè)物體的限制少。分辨率較高，可以作為高精度的位置檢測(cè)。（3）

采用接近開(kāi)關(guān)，具有防水、防震、耐腐蝕性，應(yīng)用壽命長(zhǎng)，抗干擾性強(qiáng)，頻率響應(yīng)快，性能穩(wěn)定。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，發(fā)現(xiàn)煙葉分揀機(jī)內(nèi)部粉塵較大，容易產(chǎn)生積塵，如果采用行程開(kāi)關(guān)或光電開(kāi)關(guān)作為倉(cāng)門檢測(cè)，容易造成行程開(kāi)關(guān)內(nèi)觸點(diǎn)接觸不良或者光電開(kāi)關(guān)誤檢測(cè)，降低倉(cāng)門開(kāi)關(guān)信號(hào)的可靠性，因此采用接近開(kāi)關(guān)作為倉(cāng)門檢測(cè)開(kāi)關(guān)。

2.2 倉(cāng)門檢測(cè)信號(hào)接入方式

（1） 采用接入皮帶電機(jī)控制回路，該方式能夠迅速切斷皮帶電機(jī)運(yùn)行，防止倉(cāng)門打開(kāi)后有異物落入，造成設(shè)備與異物的碰撞。（2） 采用接入光學(xué)箱控制回路，該方式能夠立即切斷光學(xué)箱的電源，防止光學(xué)射線的外溢，避免光學(xué)射線對(duì)人體的傷害。（3） 采用接入安全繼電器回路，此方式能夠同時(shí)切斷煙葉輸送部分和光學(xué)分揀部分的電源，保護(hù)范圍大。

綜合各方面的因素，分析三個(gè)接入方式的利弊，決定采用接入安全繼電器回路，既能保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行，又能切實(shí)防止光學(xué)射線對(duì)人的傷害。

2.3 煙葉分揀機(jī)控制邏輯

由于加入了倉(cāng)門檢測(cè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，因此需要對(duì)控制邏輯進(jìn)行調(diào)整，在初始化完成后加入判斷，判斷倉(cāng)門是否關(guān)閉，如果沒(méi)有關(guān)閉，一直在初始化完成狀態(tài)等待，當(dāng)倉(cāng)門關(guān)閉后，再判斷報(bào)警是否復(fù)位，如果沒(méi)有復(fù)位，一直等待復(fù)位信號(hào)后才能進(jìn)行下一步，當(dāng)接收到復(fù)位信號(hào)后，分揀機(jī)啟動(dòng)光學(xué)箱，最后等待線控信號(hào)。新增控制邏輯見(jiàn)圖5。

圖5 新增控制邏輯

2.4 煙葉分揀機(jī)倉(cāng)門打開(kāi)報(bào)警方案

經(jīng)與操作人員溝通交流，提出煙葉分揀機(jī)倉(cāng)門打開(kāi)報(bào)警的要求，一是能在操作畫(huà)面上突出報(bào)警，同時(shí)具有報(bào)警記錄，二是報(bào)警信息能通過(guò)聲、光等形式進(jìn)行凸顯，有效提醒設(shè)備周邊人員注意，三是在操作人員確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)倉(cāng)門關(guān)閉后，點(diǎn)擊復(fù)位按鈕消除報(bào)警信息才能啟動(dòng)煙葉分揀機(jī)。

3 煙葉分揀機(jī)改善實(shí)施

3.1 保養(yǎng)檢修倉(cāng)門檢測(cè)安裝

為了實(shí)現(xiàn)煙葉分揀機(jī)倉(cāng)門打開(kāi)停機(jī)的功能，需要在保養(yǎng)倉(cāng)門增加閉合檢測(cè)開(kāi)關(guān)，利用接近開(kāi)關(guān)的常開(kāi)觸點(diǎn)，接入安全繼電器回路，同時(shí)接近開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)接入聲光報(bào)警回路。當(dāng)倉(cāng)門打開(kāi)時(shí)，檢測(cè)開(kāi)關(guān)的常閉觸點(diǎn)接通報(bào)警回路。

3.2 煙葉分揀機(jī)控制邏輯設(shè)計(jì)

當(dāng)報(bào)警回路接通時(shí)，PLC 檢測(cè)到報(bào)警信號(hào)，立即停止煙葉輸送部分和光學(xué)分揀部分的工作。并且需要操作人員確保倉(cāng)門關(guān)閉時(shí)，在觸摸屏上復(fù)位報(bào)警后方能重新啟動(dòng)。

3.3 倉(cāng)門打開(kāi)聲光報(bào)警安裝

聲光報(bào)警器安裝于操作屏上方，倉(cāng)門打開(kāi)，報(bào)警回路接通，同時(shí)觸發(fā)聲光報(bào)警器工作，聲光報(bào)警器發(fā)出分貝高的報(bào)警聲，并且不斷地閃爍著強(qiáng)光提醒操作人員，煙葉分揀機(jī)倉(cāng)門已打開(kāi)。確認(rèn)倉(cāng)門關(guān)閉，同時(shí)需要在操作屏上復(fù)位，報(bào)警后聲光報(bào)警器才停止報(bào)警。

4 改善效果驗(yàn)證

4.1 邏輯控制驗(yàn)證

為了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)的煙葉分揀機(jī)控制邏輯是否正確，采用模擬實(shí)際生產(chǎn)的方式進(jìn)行驗(yàn)證。

當(dāng)倉(cāng)門處于關(guān)閉狀態(tài)，線控給煙葉分揀機(jī)啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，煙葉分揀機(jī)能夠正常啟動(dòng)，此時(shí)打開(kāi)倉(cāng)門，煙葉分揀機(jī)立即停止工作，聲光報(bào)警器工作，發(fā)出報(bào)警。恢復(fù)倉(cāng)門關(guān)閉，操作屏復(fù)位報(bào)警信息，煙葉分揀機(jī)重新啟動(dòng)。

當(dāng)倉(cāng)門處于打開(kāi)狀態(tài)，線控給煙葉分揀機(jī)啟動(dòng)信號(hào)時(shí)，煙葉分揀機(jī)無(wú)法啟動(dòng)，并且聲光報(bào)警器工作，發(fā)出報(bào)警，驗(yàn)證結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 生產(chǎn)聯(lián)動(dòng)驗(yàn)證

除了煙葉分揀機(jī)自身的邏輯控制驗(yàn)證外，還采取生產(chǎn)線聯(lián)動(dòng)驗(yàn)證，在煙葉分揀機(jī)生產(chǎn)情況下，人為打開(kāi)倉(cāng)門，觀察煙葉分揀機(jī)的煙葉輸送部分和光學(xué)分揀部分是否立即停止工作，前端的輸送設(shè)備是否停止供料，驗(yàn)證結(jié)果為倉(cāng)門打開(kāi)后能夠?qū)崿F(xiàn)安全停機(jī)。

通過(guò)增加倉(cāng)門檢測(cè)開(kāi)關(guān)，優(yōu)化煙葉分揀機(jī)的控制系統(tǒng)，增加了倉(cāng)門打開(kāi)停機(jī)報(bào)警的控制邏輯，改進(jìn)了倉(cāng)門的安全防護(hù)措施。新增的安全邏輯控制，保障操作人員的人身安全和設(shè)備的安全運(yùn)行，安裝優(yōu)化后的報(bào)警裝置，在操作屏添加煙葉分揀機(jī)的狀態(tài)信息，特別是倉(cāng)門打開(kāi)報(bào)警信息，為人員和設(shè)備提供全面的安全保護(hù)。完善煙葉分揀機(jī)安全操作指導(dǎo)書(shū)，為操作人員操作維護(hù)煙葉分揀機(jī)提供作業(yè)指導(dǎo)。

結(jié)束語(yǔ)

此次對(duì)煙葉分揀機(jī)的安全防護(hù)改善，有效防止因遺忘或人為誤操作打開(kāi)光學(xué)箱倉(cāng)門和保養(yǎng)檢修倉(cāng)門導(dǎo)致人身傷害或設(shè)備損壞。新的煙葉分揀機(jī)控制邏輯安全性高，能夠保障操作人員的人身安全，同時(shí)提升設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

智能分析和識(shí)別雜物的檢測(cè)在各個(gè)行業(yè)中十分重要，并且顯示了該技術(shù)如何提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全性和生產(chǎn)效率。這是通過(guò)結(jié)合圖像處理、機(jī)器學(xué)習(xí)和實(shí)時(shí)控制等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該煙葉分揀機(jī)的安全防護(hù)改善,也驗(yàn)證了這項(xiàng)改善方案的可行性，具有同類型設(shè)備的提供改善經(jīng)驗(yàn)。